氣井井筒氣液流動規律與壓力計算方法分析

劉意如 周隆超 白興家 白建林

摘要：延長氣田屬低滲透氣藏，氣井采氣方式主要采用自噴開采，其中部分氣井采用井下節流開采，因此“井筒流動規律”分有節流井和無節流井。主要以收集到的無節流氣井相關流壓測試數據進行研究。

關鍵詞：氣井;井筒;流動規律;壓力計算;

由于流體的非均勻性，在氣液兩相管流中，氣液各相的分布狀況可能是多種多樣.存在著各種不同的流動型態，而氣液界面又很復雜相多變。因此，尋求實用、嚴格的數學應用是很困難的。對于采氣工程中的氣液兩相管流，其核心問題是探討沿程的壓力損失及其影響因素。

1.氣井井筒氣液流動規律

氣液兩相流中，不同的流量、壓力、管路布置狀況和管道幾何形狀都會造成相界面的形狀（分布）的不同，即形成不同的流動結構模式，對此稱為流型（流態，流譜）。

由于存在一個形狀和分布在時間和空間里是隨機可變的相界面，而相間實際上又存在一個不可忽略的相對速度，致使流經管道的分相流量比和分相所占的管截面比并不相等。這就導致了兩相流動結構多種多樣，流型十分復雜。流型是影響兩相流壓力損失和傳熱特性的重要因素。垂直上升管中氣水兩相流流型主要包括：泡狀流、段塞流、環狀流、過渡流、環霧流。

（1）泡狀流。氣泡以不同尺寸的小氣泡形式隨機離散分布在流動的液體中。顯然，此時氣體為離散相，而液體為連續相。隨著氣速的增加，氣泡尺寸會不斷增大。特征：液相連續，氣相不連續;氣泡多數呈球形;管子中心氣泡密度大，有趨中效應。

（2）段塞流。在氣泡流動中當氣泡的濃度增高時，氣泡聚合為直徑接近于管內徑的塞狀或炮彈狀氣泡，氣泡前端部分呈現為拋物線形狀。在這些塞狀氣泡之間可帶有小氣泡的液團。當氣泡快速上升時，液體在氣泡與管內壁間的間隙中流動。特征：大氣泡與大液塊交替出現，頭部呈球形，尾部扁平，形如炮彈;氣彈間液塊向上流動，夾有小氣泡;氣彈與管壁間液層緩慢向下流動。

（3）環狀流。液流沿著管道的內壁形成一層液體薄膜，而氣流則在管道中央流動。這樣，氣液兩相都變成了連續相。不過，在這種情況下，管道中央的氣體通常還夾帶著一些液滴一起流動。特征：貼壁液膜呈環形向上流動;管子中部為夾帶水滴的氣柱;液膜和氣流核心之間存在波動界面。

（4）過渡流。液相從連續相過度到分散相，氣相從分散相過渡到連續相，氣體連續向上流動并舉升液體，有部分液體下落、聚集，而后又被氣體舉升。這種混雜的、振蕩式的液體運動是過渡流的特征，又被稱為攪動流。特征：破碎的氣泡形狀不規則，有許多小氣泡夾雜在液相中;貼壁液膜發生上下交替運動，從而使得流動具有震蕩性。

（5）環霧流。當含氣率更大時，氣彈匯合成氣柱在管中流動，液體沿管壁成為一個流動的液環，這時管壁上有一層液膜。通常總有一些液體被夾帶，以小液滴形式分布在氣柱中。

2.井筒流動模擬計算軟件

PIPSIM是集油藏流入動態、單井分析與優化設計、地面管道/設備分析計算、井網/管網分析等為一體的綜合分析模擬工具。它可以模擬從油藏到地面處理站的整個生產系統。PIPSIM最大的特點是系統的集成性和開放性，PIPSIM中的每一個模塊都可以獨立進行分析計算。

（1）豐富的多相流計算方法。PIPESIM幾乎包含了所有目前行業公認的垂直和水平多相管流相關式（經驗式和機械式）。可以通過井實測數據與這些相關式計算結果的擬合，確定最適合實際流動系統的相關式。同時給出井筒中各處流體物理化學性質。

（2）精確的流體高壓物性計算。精確流體的模擬是掌握系統動態的關鍵，PIPESIM提供了行業標準的黑油相關式和組分模型進行流體物性預測。可以模擬計算從輕油到重油所有范圍原油物性， 同時適合粘度最高幾萬厘泊的稠油油藏。對于組分模型還提供水合物生成計算以及預防效果分析計算功能，同時提供重組分計算及含鹽量、結蠟和瀝青質生成計算功能。

（3）多種類型油氣藏模型。PIPESIM的油氣井模型涵蓋了所有標準的完井模型如直井，斜井，水平井和壓裂井，它還能根據不同儲層流入參數和流體描述建立多層完井模型。同時涵蓋了眾多油氣井流入動態計算方法，并且提供了測試數據擬合流入動態特性功能。

（4）油氣井生產參數分析和優化設計。PIPESIM 生產系統分析軟件將為您提供一套全面、快速和有效的解決方案，幫助您提高產量和了解油藏潛能。PIPESIM不僅可以模擬從油藏到井口的多相流動，而且可以對地面管道和設備進行動態分析，從而進行綜合生產系統分析。

PIPESIM提供對生產井任意生產參數及設備參數進行敏感性分析，同時可運用節點分析方法繪制任意節點處流入/流出曲線，幫助您分析和把握提高產量的機會。此外PIPESIM還包括為油藏數值模擬提供多相管流表以及繪制系統壓力溫度剖面等功能。氣井攜液能力計算，給出氣井所需臨界攜液流量，為氣井生產提供重要參考。

3.井筒壓力計算模型優選

通過對相關測試井進行了井筒壓力擬合，其中單相流特征明顯的井擬合效果較好，而氣水兩相流特征明顯的井不同兩相流模型擬合效果不一樣，統計了相關井區不同類型井的井筒壓力擬合誤差情況。對于氣水同產井，由于氣攜液的不確定性，造成很難模擬預測，使得井筒壓力計算難度較大。通過該井區實測氣水兩相壓力數據擬合，3種兩相流模型（Gray（modified）、Hagedorn & Brown、Beggs-Brill）擬合可靠性差異不大，其中Gray（modified）模型和Beggs-Brill模型誤差較小。

4.節流氣井的井筒壓力計算

節流氣井的井筒壓力計算一般有兩種方法：利用節流模型+井筒流動模型計算、利用套壓從油套環空計算井底壓力。但該井區的節流氣井井口與地面輸氣系統連接，井口壓力變化已不能反映井底壓力變化規律。在實際生產過程中，井口油壓在開采過程中基本保持不變，產氣量的變化和井口油壓變化沒有直接關系，如果根據井口油壓，利用節流模型+井筒流動模型計算井底壓力將會存在問題。

恒定某井的井口壓力，利用PIPESIM分別計算1×104m3/d、2×104m3/d、4×104m3/d、6×104m3/d產氣量下的井底壓力，可得出：隨著產量增加，井底壓力越大，而實際上產氣量越大，生產壓差越大，井底壓力應該越小，因此，節流氣井井底壓力不能從井口油壓折算到井底。

綜上，該井區節流氣井井底壓力計算方法只能利用井口套壓折算到井底，而井筒壓力的計算，只能采用節流模型+井筒流動模型從井底向井口計算。

參考文獻

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陜西延長石油（集團）有限責任公司延長氣田采氣四廠